CC BY
146
Литература
1. Галёркин, Б.Г. К вопросу об исследовании напряжений и деформаций в упругом изотропном теле / Б.Г. Галёркин // Соч. Т.1. - М.: Изд-во акад. наук СССР, 1953. - С. 318-321.
УДК 631.3(075.8) Н.И. Селиванов
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТРАКТОРОВ С АДАПТИРОВАННЫМИ МОТОРНО-ТРАНСМИССИОННЫМИ УСТАНОВКАМИ НА ЗИМНИХ ОПЕРАЦИЯХ
Рассмотрены вопросы рационального агрегатирования тракторов общего назначения при выполнении операционных технологий зимних механизированных работ. Даны рекомендации по применению гусеничных и колесных тракторов с адаптированными эксплуатационными параметрами на зимних работах с наивысшими технологическими показателями.
Полученные оценки тягово-динамических свойств тракторов К-701 и ДТ-175С с ДПМ на снежном покрове позволили определить оптимальный состав и параметры рабочего хода энергосберегающих МТА для основных операций (табл. 1-2). Оптимальные диапазоны тяговых усилий при выполнении снежной мелиорации и транспортных операций на дорогах 1-3 групп составляют от 14 до 35кН (К-701) и от 10 до 26кН (ДТ-175С). Эти диапазоны у тракторов с ДПМ и серийными МТУ обеспечиваются тремя передачами.
На снежной целине толщиной 0,18-0,30 м и дорогах 2 и 3 групп оптимальный диапазон тяговых усилий трактора К-701 от 19,5 до 35 кН обеспечивается в режиме ДПМ на основной (ііі-й) передаче при рабочих скоростях МТА от 2,26 до 3,10 м/с. У трактора с серийной МТУ указанный диапазон достигается на передаче ііі-3 при скорости 2,20-2,80 м/с. У трактора ДТ-175С оптимальный тяговый диапазон от 15 до 26кН в режиме ДПМ обеспечивается на ііт передаче при скорости 2,20-3,0 м/с, а в режиме ГМТ с установленной характеристикой ДПМ на ір и ііт передачах при скорости 2,40-2,80 м/с.
В указанных тяговых диапазонах тракторы выполняют снегозадержание, с допустимой по агротехническим требованиям скоростью рабочего хода, транспортные операции с тросовой волокушей и колесными прицепами. Состав энергосберегающих МТА для разных операций соответствует расчетным параметрам, полученным в результате моделирования. При этом использование тракторов с адаптированными характеристиками МТУ позволяет повысить производительность и топливную экономичность МТА на 8-11% и 1218% соответственно.
Транспортирование колесных прицепов с установленными параметрами и тяговым сопротивлением на снежных дорогах 1 и 2 групп не более 19кН (ДТ-175С) и 25кН (К-701) выполняется тракторами с ДПМ на ір и іір, ііі-4 и іУ-1 передачах со скоростями 3,1-5,4 и 3,7-5,0 м/с соответственно. У тракторов с серийными МТУ основными передачами являются ір и іір (ДТ-175С) и ііі-4 (К-701). Ожидаемое повышение производительности и топливной экономичности, обусловленное адаптацией МТУ, достигает 4 и 16%.
Таким образом, диапазоны непрерывного регулирования силовых и скоростных параметров тракторов с ДПМ позволяют повысить эффективность их функционирования в составе тяговых МТА на основных операциях зимних механизированных работ. У трактора ДТ-175С указанное обусловлено в первую очередь блокировкой ГТ и способностью ДПМ автоматически приспосабливаться к изменению нагрузки в широком диапазоне. Однако в основном диапазоне передач КП коэффициент скоростного ряда должен быть уменьшен до 1,23-1,25. Повышение эффективности трактора К-701 достигнуто за счет улучшения на 4-6% сцепных свойств и функционирования ДПМ на экономическом режиме с максимальными энергетическими показателями. Коэффициент скоростного ряда 1,20-1,21 обеспечивает работу ДПМ с автоматическим регулированием тягово-скоростных режимов при выполнении основных операций в необходимом диапазоне.
Таблица 1
Оптимальный состав и параметры рабочего хода МТА на базе трактора К-701 при выполнении зимних операций
Характеристика Диапазон Значение параметра
Вид работы снежного покрова и агрофона тяговых усилий и состав МТА Параметр 1-й уровень- ГМТ ІІ-й уровень- МТ
Снегоза- Н=0,18-0,20м, Р =240-270кг/м3, стерня, пар 25-35кН СП-11А+ 3СВУ-2,6 Передача основная Рабочая скорость, м/с п1, мин-1 &КР , г/кВгч N кр , кВт ІІІ-3 2,27-2,80 1930-1950 600-680 74-75 ІІІ-4 2,26-3,10 1500-1800 542-540 76-79
держание Н=0,25-0,27м, Р =250-290кг/м3, стерня, пар 19,5-26,5кН СП-11А+ 2СВУ-2,6 Передача основная Рабочая скорость, м/с п1, мин-1 &КР , г/кВгч N КР, кВт ІІІ-3 2,28-2,75 1940-1910 770-820 59-50 ІІІ-4 2,30-3,05 1580-1840 680-700 61-60
1-я группа зимних дорог 19-26кН ОЗТП-8572 * т пр =20,5т Передача основная Рабочая скорость, м/с п1, мин-1 &КР , г/кВгч N КР, кВт ІІІ-4 3,68-3,73 1950-1965 450-500 101 -92 ІУ-1 3,98-4,98 1500-1850 408-452 102-95
Транспорт- ные работы 2-я группа зимних дорог 25-35кН (14-20) ОЗТП-8572 * т пр =20,5т тросовая волокуша * ттр =4,5т Передача основная Рабочая скорость, м/с п1, мин-1 &КР , г/кВгч N КР, кВт ІІІ-3 (ІІІ-4) 2,20-2,80 (3,10-3,50) 1930-1950 600-680 (680-700) 74-75 (80-82) ІІІ-4 (ІУ-1) 2,26-3,10 (3,75-4,75) 1500-1800 542-540 (550-640) 76-79 (66-76)
3-я группа зимних дорог 19,5-26,5кН тросовая волокуша * ттр =4,5т Передача основная Рабочая скорость, м/с п1, мин-1 &КР , г/кВгч N КР, кВт ІІІ-3 2,28-2,78 1940-1960 777-820 59-54 ІІІ-4 2,30-3,10 1550-1850 680-708 61-60
Таблица 2
Оптимальный состав и параметры рабочего хода МТА на базе трактора ДТ-175С при выполнении зимних операций
Характеристика снежного покрова и агрофона Диапазон тяговых усилий и состав МТА Значение параметра
Вид работы Параметр 1-й уровень-ГМТ 11-й уровень-МТ
Снегоза- Н=0,18-0,20м, Р =240-270кг/м3, стерня, пар 19-26кН СП-11А+ 3СВУ-2,6 Передача основная Рабочая скорость, м/с п1, мин-1 &КР , г/кВгч Nкр , кВт 1р 2,50-3,10 1780-1840 470-547 64-58 11т 2,23-2,94 1500-1815 421-449 59-57
держание Н=0,25-0,27м, Р=250-290кг/м3, стерня, пар 15-20кН СП-11А+ 2СВУ-2,6 Передача основная Рабочая скорость, м/с п1, мин-1 &КР , г/кВгч N КР, кВт 11т (1р) 2,43-2,68 1900-1930 600-650 50-41 11т 2,20-2,90 1550-1840 525-558 47-46
1-я группа зимних дорог 15—21кН (10-14) ГКБ-8526 * т пр =16,0т Передача основная Рабочая скорость, м/с п1, мин-1 &КР , г/кВгч N КР, кВт 1р (11р) 3,10-3,70 (3,80-5,01) 1890-1940 (1900-1930) 427-480 (428-510) 72-54 (72-50) 1р (11р) 3,10-4,02 (4,20-5,30) 1450-1950 380-403 (407-453) 65-62 (62-55)
Транспорт- ные работы 2-я группа зимних дорог - о т в 0 т 9 12 К ро о 1 (1 Г т л Передача основная Рабочая скорость, м/с п1, мин-1 &КР , г/кВгч N КР, кВт 1р 2,50-3,80 1780-1935 470-580 64-50 11т (1р) 2,20-3,00 (2,96-4,01) 1450-1850 420-450 (420-508) 59-57 (54-49)
3-я группа зимних дорог 15-20кН тросовая волокуша * ттр =3,5т Передача основная Рабочая скорость, м/с п1, мин-1 &КР , г/кВгч N КР, кВт 11т 2,43-2,75 1900-1940 600-660 50-40 11т 2,20-2,96 1550-1850 525-560 47-46
Результаты сравнительных эксплуатационных испытаний тракторов с ДПМ на зимних операциях в ходе контрольных опытов и смен (табл. 3-5) показали их более широкие производственные возможности и высокие технологические свойства.
Таблица 3
Результаты сравнительных испытаний макетных образцов тракторов К-701 и ДТ-175С на снегозадержании (Н=0,25-0,27 м, р =250-290 кг/м3,
(0=-18 ± 2 °Ы, агрофон - стерня / = ±0,02)
Показатель Значение
К-701 ДТ-175С
1ур ||ур 1ур, ГМТ 11ур, ГМТ 11ур, МТ
п Количество СВУ-2,6 в агрегате м 2 2 2 2 2
Основная и смежная рабочие передачи г/г±1 111-3/111-4 111-4/111-3 1р/11т 1р/11т 11т/1т
Количество переключений т 8 3 6 3 3
Частота вращения коленчатого вала/турбины п1 / п2, мин-1 1970 1720 1810/ 1260 1680/ 1220 -
Среднеквадратическое отклонение частоты вращения коленчатого вала/ турбины а°"2 , МИН'1 15,5 23,7 6,9/20,1 6,4/ 18,9 21,1/-
Установившаяся температура наддувочного воздуха/ рабочей жидкости в ГГ tk / tгт ( °С 40 75* 15/55 50**/ 90** 50**/-
Буксование движителя &, % 21 17,8 10,9 10,7 10,3
Скорость движения V, м/с 2,62 2,85 2,56 2,50 2,73
Производительность чистая ^ч, га/ч 9,43 10,26 9,22 8,99 9,81
Расход топлива &Шч, кг/га 4,64 4,01 3,36 2,69 2,47
Удельные затраты энергии Е п, МДЖ/га 63,0 59,6 48,8 40,2 36,7
Коэффициент использования мощно- 7 сти двигателя ^ ы 0,825 1,00 1,0 1,0 1,0
К Качество работы МТА, баллов Б 7 8 8 8 8-9
* при отключении ОНВ и охладителя масла ГТ;
** КП адаптирована к условиям работы.
Таблица 4
Результаты сравнительных испытаний макетного образца трактора ДТ-175С в агрегате с колесным прицепом ГКБ-8526 (/т7лр=10,0т, /т7гр=6,9т, (0=-15±2)
Показатель Обозна- чение Значения при параметрах МТУ
Іур, ГМТ І Іур, ГМТ ІІур, МТ
Основная и смежная рабочие передачи г 1 г± 1 Ір/ІІт Ір/ІІт ІІт/Ір
Количество переключений т 2 1 2
Частота вращения коленчатого вала/ турбины, мин-1 Пі/ П2 1890/1475 1700/1405 1885/-
Среднеквадратическое отклонение частоты вращения коленчатого вала/ турбины, мин-1 к4 1 Ь 1 Ь 4,3/12,1 4,2/11,2 11,8/-
Установившаяся температура наддувочного воздуха/ рабочей жидкости в ГТ, ^ І и / І гт 12/50 47*/87* 45*/-
Буксование движителя, % ~8 8,9 8,2 7,2
Скорость движения, м/с V 3,02 2,90 3,05
Производительность чистая, т-км/ч Ш ч 75,2 72,4 75,76
Расход топлива, кг/гкм ё шч 0,420 0,334 0,322
Удельные затраты энергии, МДЖ/т-км Еп 5,98 4,97 4,75
Коэффициент использования мощности двигателя 0,99 1,0 1,0
* При отключении ОНВ и охладителя масла ГТ.
Таблица 5
Результаты сравнительных испытаний макетного образца трактора К-701 с тросовой волокушей (штр=4520 кг)
Показатель Обозначение Значения при характеристике двигателя
серийной опытной
Основная и смежная рабочие передачи г 1 г +1 ІІІ-3/ІІІ-4 ІІІ-4/ІУ-1
Количество переключений в час т 4 2
Путь, пройденный на смежной передаче, м 900 350
Частота вращения коленчатого вала, мин-1 Пі 1975 1810
Среднеквадратическое отклонении частоты вращения коленчатого вала, мин-1 СТ щ 20,9 27,1
Скорость движения, % Ур 2,81 3,01
Буксование движителя, % § 20,3 16,1
Установившаяся температура масла в КП, ^ І кп 39 70*
Производительность чистая, т-км/ч Ш ч 45,72 48,98
Расход топлива, кг/т-км ё Шч 0,92 0,85
Удельные затраты энергии, МДЖ/т-км Еп 12,91 12,50
Коэффициент использования мощности двигателя 0,81 1,00
* КП адаптирована к условиям работы.
Повышение чистой производительности и топливной экономичности МТА на базе тракторов с адаптированными МТУ составило на снежной мелиорации без ухудшения качества работы: 8,8 и 13,6% (К-701), 6,4 и 26,5% (ДТ-175С); на транспортных операциях соответственно 7,1 и 7,4%, 0,5 и 23,3%. Указанные показатели отличаются от результатов расчетного и стендового моделирования не более чем на 3% и обусловлены в основном более высокими технологическими свойствами адаптированных к зимним условиям тракторов.
Наибольшее позитивное влияние на их эффективность оказало увеличение (К-701) и сохранение (ДТ-175С) диапазонов непрерывного и автоматического регулирования тягового усилия и скорости движения, что позволило в 2,0-2,5 раза уменьшить число переключений передач и связанных с ними остановок трактора без ПНХ, улучшение их проходимости и маневренности в сложных условиях движения по снежной целине, повышение приемистости. Последний фактор для трактора ДТ-175С имеет первостепенное значение, так как его разгон производится практически на рабочей передаче при полной эксплуатационной нагрузке.
Для тракторов с адаптированными МТУ характерны максимально возможные коэффициенты использования мощности ДПМ при наиболее низких средних удельных расходах топлива, обусловленные оптимизацией не только нагрузочно-скоростных, но и температурных режимов работы функциональных систем. В связи с этим повышаются средние скорости движения и топливная экономичность МТА при существенном облегчении труда тракториста.
Применение тракторов общего назначения с адаптированными к зимним условиям региона параметрами и режимами работы обеспечивает существенную экономию топливно-энергетических ресурсов и повышает их универсальность. Определенное значение приобретает при этом фактор увеличения срока службы, вследствие оптимизации температурно-динамических свойств и уменьшения числа динамических воздействий при переходных процессах. Менее значительная эффективность использования тракторов с ДПМ на транспортных работах с колесным прицепом обусловлена их недогрузкой при /<0 из-за ограничения рабочих скоростей движения и параметров прицепа по условиям трогания и разгона на снежных дорогах.
Полученные результаты с высокой сходимостью подтвердили основные положения теоретического анализа в части обоснования эксплуатационных параметров и характеристик тракторных МТУ для зимних условий, методов и технических средств их обеспечивающих.
Повышение эффективности рабочего хода МТА за счет оптимизации температурно-динамических характеристик МТУ для обобщенных зимних условий региона составляет 3-6%. Причем большие значения характерны для ДПМ с ОНВ и современных трансмиссий (МТ с ПНХ и ГМТ).
Сравнение приведенных к технологическому времени работы эксплуатационных показателей МТА на базе адаптированных тракторов, полученных по результатам контрольных опытов и смен (табл. 6), позволило определить наиболее эффективные условия применения гусеничных и колесных тракторов общего назначения на зимних операциях.
Таблица 6
Сравнительные эксплуатационные показатели МТА на базе тракторов с адаптированными МТУ (Яг = / ад_„5^/1 ё_ш)
Операция X. л°- Я1Г Еп
Снегозадержание 0,956 0,616 0,616
Транспортная с тросовой волокушей 0,759 0,798 0,806
Транспортная с колесным прицепом 0,841 0,698 0,710
На снежной мелиорации при /-/>0,18—0,20 и ^ =240—300 кг/м3 использование сцепки СП-11А с само-устанавливающимися опорными лыжами и тросовыми растяжками для агрегатирования с СВУ-2,6 позволяет обеспечить рабочие скорости движения до 3,1 м/с на всех агрофонах без ухудшения агротехнических показателей. Применение тросовых растяжек исключает колебание сцепки при прямолинейном движении агрегата. При агрегатировании модернизированной сцепки СП-11А с двумя-тремя СВУ-2,6 наиболее эффективен
гусеничный трактор ДТ-175С. Производительность таких агрегатов ниже производительности МТА с трактором К-701 не более чем на 4-6%. Причем экономия топливно-энергетических ресурсов при этом достигает 38-40%.
Транспортные операции с тросовой волокушей наиболее эффективны на сформированном и устойчивом снежном покрове толщиной 0,18-0,27 м, когда существенно снижено влияние подстилающего грунта на характеристики тягового сопротивления. При транспортировании скирд соломы массой 3,5-4,5 т рабочие скорости достигают 3-4 м/с. Повышение производительности МТА с трактором К-701 достигает 24% при увеличении до 20% удельных топливно-энергетических затратах.
Преимущество трактора К-701 при работе с колесными прицепами на снежных дорогах 1-3 групп по производительности составляет 16% при ухудшении на 30% удельных топливно-энергетических показателей.
С учетом особенностей операционных технологий основных механизированных работ в зимний период региона следует использовать гусеничные тракторы общего назначения с адаптированными МТУ на снежной мелиорации при Н=0,25-0,27 м с двумя СВУ-2,6 и модернизированной сцепкой СП-11А, а колесные на транспортных операциях с тросовой волокушей и колесными прицепами на снежных дорогах 2-3 и 1-2 групп соответственно.
Обобщенные результаты сравнительных контрольных смен тракторов ДТ-175С и К-701 с адаптированными и серийными параметрами (табл. 7) в характерных для Восточно-Сибирского региона зимних условиях показали достаточно высокую эффективность системы адаптации режимов рабочего хода и технических средств ее обеспечивающих. Производительность мелиоративного МТА с трактором ДТ-175С повысилась на 6% без ухудшения показателей качества технологического процесса при снижении на 28% удельных топливных затрат.
Таблица 7
Обобщенные результаты сравнительных контрольных смен тракторов ДТ-175С и К-701 на зимних работах
Операция Характеристика внешних условий Состав МТА Производственные условия 4 г
Снегозадержание Н=0,25-0,27м, Р =240—290кг/м3, Ь=-12°С ДТ-175С+ СП-11АМ+ 2СВУ-2,6 Учхоз «Миндер-линское» Сухобу-зимского района 1,06 0,72
Транспортирование соломы тросовой волокушей 1р=4,5-8,0 км Н=0,18-0,30м, Р =240—300кг/м3, Ь=-15 ±5 °С К-701 + тросоворамочная волокуша (т=3,5-4,5т) ЗАО «Авангард» Шарыповского района 1,10 0,85
На транспортных операциях тракторов К-701 с тросовой волокушей при = (4,5-8,0)-103м повышение производительности составило в среднем 10%, а снижение удельных топливных затрат 15%. Используемые методы и технические средства обеспечивали при этом рациональные нагрузочно-скоростные и температурные режимы агрегатов МТУ.
